本發(fā)明屬于有機(jī)合成領(lǐng)域，具體涉及一種二氟溴乙酸乙酯的制備方法。
背景技術(shù)：
二氟溴乙酸乙酯化合物是合成藥物和高能材料的一種中間體。已公開制備該化合物將乙醇與二氟溴乙酰鹵反應(yīng)制備二氟溴乙酸乙酯，其化學(xué)反應(yīng)式如下：
其中，X可以是F，Cl或Br，二氟溴乙酰鹵可按照各種不同工藝方法，制備二氟溴乙酰鹵(酰氯、酰溴和酰氟)。
在眾多的公開文獻(xiàn)和專利中，詳細(xì)列舉了各種不同的工藝方法，但根本核心技術(shù)是二氟溴乙酰鹵的制備技術(shù)，基本上是以1,1-二氟-1-溴-鹵代乙烷為原料，在氧化劑[O]和催化劑[C]作用下，通過制備中間體二氟溴乙酰鹵必需途徑，在與乙醇發(fā)生反應(yīng)得到二氟溴乙酸乙酯，其二氟溴乙酰鹵的制備技術(shù)路線如下：
其中，X1，X2，X3：可以不同也可以相同，它們分別是F，Cl或Br中任何一種，X可以是F，Cl或Br。
如Zhao,Jingwei等人(Chinese Journal of Chemistry,27(6),1163-1168；2009)報(bào)道了由1,1,2-三氟-1,2-二溴-2-氯乙烷在發(fā)煙硫酸和催化劑氧化亞汞作用下，在80℃加熱3小時(shí)，在氟化鉀乙醇溶液中得到二氟溴乙酸乙酯。
Drivon,Gilles等人(Eur.Pat.Appl.,1270540,02Jan 2003)報(bào)道了由1,1,2,2-四氟-1,2-二溴乙烷在發(fā)煙硫酸作用下，得到二氟溴乙酰氟，繼之與乙醇反應(yīng)得到二氟溴乙酸乙酯；
Sato,Shiro等人(日本專利申請(qǐng),11-80084,23Mar 1999)報(bào)道了由1,1,2-三氟-1,2-二溴乙烷在發(fā)煙硫酸和催化劑三氧化二鐵作用下，得到二氟溴乙酰氟，繼之與乙醇反應(yīng)得到二氟溴乙酸乙酯。
Gillet,Jean-Philippe和Ruppin,Christophe(Eur.Pat.Appl.,810197,03Dec 1997)，報(bào)道了由1,1-二氟-1,2-二溴-2,2-二氯乙烷在氧氣和催化劑偶氮二異丁腈作用下，得到二氟溴乙酰氟，繼之與乙醇反應(yīng)得到二氟溴乙酸乙酯。
Si,Linxu等人(CN102746150,24Oct 2012)報(bào)道了由1,2-二氟-2,2,2-三氯乙烷在氧氣作用下，在0.5Mpa條件下，120℃加熱6小時(shí)，得到二氟溴乙酰氟，繼之與乙醇反應(yīng)得到二氟溴乙酸乙酯。
在G.德里馮等人(CN1239458C)報(bào)道了很多工藝方法，基本上由1,1-二氟-1-溴-鹵代乙烷為原料，在不同氧化劑作用下，得到二氟溴乙酰鹵，繼而由二氟溴乙酰鹵與乙醇發(fā)生反應(yīng)，制備出二氟溴乙酸乙酯，這些工藝方法所采用的氧化劑主要是發(fā)煙硫酸、過氧化物、氧氣或臭氧等，并在有毒的汞鹽(如氧化汞、氯化汞等)催化下得到二氟溴乙酰鹵。
綜上所述，目前所有工藝過程都是基于先得到二氟溴乙酰鹵(酰氟、酰氯和酰溴等)，在與乙醇反應(yīng)得到二氟溴乙酸乙酯，同時(shí)伴隨氟化氫等鹵化氫腐蝕性極強(qiáng)的副產(chǎn)物生產(chǎn)。這些工藝方法最主要存在以下幾個(gè)問題：
(1)1,1-二氟-1-溴-鹵代乙烷為原料，基本上是氧化劑作用和有毒的汞鹽(如氧化汞、氯化汞等)催化下，制備出二氟溴乙酰鹵(酰氟、酰氯和酰溴等)，這一過程采用的氧化劑要么是發(fā)煙硫酸，其操作環(huán)境惡劣，污染極大；要么采用過氧化物、氧氣或臭氧，或高壓體系中，但選擇性差，收率極低，成本極高；
(2)這一工藝過程中，中間體二氟溴乙酰鹵是在高溫條件的以氣體的形態(tài)生的成，需要在強(qiáng)冷條件收集，得到在常溫下易揮發(fā)液體，收集過程和酯化過程中，極易水解，導(dǎo)致收率極低。
(3)在得到二氟溴乙酰鹵(酰氟、酰氯和酰溴等)過程中，同時(shí)伴隨氟化氫等鹵化氫腐蝕性極強(qiáng)的副產(chǎn)物，對(duì)金屬和搪玻璃材料都會(huì)有極大的腐蝕性，因而對(duì)生產(chǎn)反應(yīng)設(shè)備要求極高。
此外，為提高1,1-二氟-1-溴-鹵代乙烷的氧化得到二氟溴乙酰鹵(酰氟、酰氯和酰溴等)，大多采用對(duì)環(huán)境危險(xiǎn)的重金屬汞鹽(催化劑)，對(duì)環(huán)境可能生產(chǎn)不可逆轉(zhuǎn)的破壞。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)本領(lǐng)域存在的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種二氟溴乙酸乙酯的制備方法，其是通過二氟溴乙腈水解直接得到，無需分離直接與乙酯發(fā)生反應(yīng)制備出二氟溴乙酸乙酯。
是選本發(fā)明目的的技術(shù)方案為；
一種二氟溴乙酸乙酯的制備方法，以二氟溴乙腈為原料，通過一鍋法制備，二氟溴乙腈在乙醇水溶液中醇解酯化，得到二氟溴乙酸乙酯。反應(yīng)式為：
BrF2CCN→BrF2CCOOH→BrF2CCOOC2H5 (1)
本發(fā)明采用的起始原料二氟溴乙腈可以由二溴二氟甲烷與氰化亞銅制備得到。
本發(fā)明利用氟碳化學(xué)工業(yè)過程中的副產(chǎn)物二溴二氟甲烷，也是一種滅火劑1202，由于二溴二氟甲烷本身是消耗大氣層中的臭氧，對(duì)環(huán)境造成破壞性影響，不能直接使用也不能將其廢液傾倒入水池，本發(fā)明利用二溴二氟甲烷與親核試劑(CuCN)極易發(fā)生反應(yīng)，可以制備出二氟溴乙腈，很方便為制備二氟溴乙酸乙酯提供原料，可直接水解和醇解得到二氟溴乙酸乙酯。
其中，所述二氟溴乙腈是由二氟二氯甲烷與親核試劑反應(yīng)得到，所述親核試劑為CuCN、Zn(CN)2和NaCN中的一種，所述反應(yīng)是在有機(jī)溶劑中進(jìn)行，所述有機(jī)溶劑為N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、乙二醇二甲醚(DME)，1-甲基-2吡咯烷酮(NMP)中的一種或多種。親核試劑為CuCN時(shí)反應(yīng)式為：
進(jìn)一步地，合成二氟溴乙腈的反應(yīng)中，以二苯并-18-冠-6為催化劑，每100g親核試劑中加入催化劑1～6g，然后緩慢滴加溶于有機(jī)溶劑的二氟二氯甲烷溶液，在15～30℃下反應(yīng)。反應(yīng)的時(shí)間通過監(jiān)測轉(zhuǎn)化率而定。反應(yīng)停止后，可先在40-60℃蒸出、再用冷井收集產(chǎn)物。
優(yōu)選地，每100g親核試劑溶于400～600mL有機(jī)溶劑中，然后加入催化劑。
更優(yōu)選地，合成二氟溴乙腈的反應(yīng)中，將二氟二氯甲烷溶于N,N-二甲基甲酰胺和乙二醇二甲醚的混合溶劑中，溶解的濃度為0.1～1mol/L；N,N-二甲基甲酰胺和乙二醇二甲醚的體積比為1：1～3。
二氟溴乙腈在乙醇水溶液中水解后酯化的反應(yīng)中，二氟溴乙腈在乙醇水溶液中的濃度為0.5～20mol/L，乙醇水溶液中乙醇的質(zhì)量含量為90～99％。
二氟溴乙腈在乙醇水溶液中水解后酯化的反應(yīng)中，二氟溴乙腈溶于乙醇水溶液中，加入硫酸溶液，在溫度10～35℃下，保溫?cái)嚢?～15小時(shí)，再加熱回流反應(yīng)。
優(yōu)選地，每摩爾二氟溴乙腈加入10～30mL硫酸溶液，所述硫酸溶液中硫酸的質(zhì)量含量為40～80％。
進(jìn)一步優(yōu)選地，加熱回流反應(yīng)的時(shí)間為5～10小時(shí)；回流反應(yīng)后蒸餾分離產(chǎn)物。
本發(fā)明的有益效果在于：
本申請(qǐng)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)以工業(yè)中得到的二氟溴乙腈為原料，通過一鍋法由二氟溴乙腈在乙醇水溶液醇解酯化，直接得到二氟溴乙酸乙酯，過程中不使用有毒的催化劑，避免以1,1-二氟-1-溴-鹵代乙烷為原料，采用發(fā)煙硫酸氧化劑等氧化工藝，所制出二氟溴乙酰鹵(酰氟、酰氯和酰溴等)中間體必需路線，消除因制備這一中間體上述所描述的潛在危險(xiǎn)性，尤其是可以避免氟化氫等鹵化氫腐蝕性極強(qiáng)的副產(chǎn)物生產(chǎn)，極大的改善了環(huán)境安全，操作安全性。
本發(fā)明提出的方法，由二氟溴乙腈為原料，不必通過生成有毒的二氟溴乙酰鹵中間體的過程，直接水解后二氟溴乙酸再醇解酯化，避免采用的氧化劑要么是發(fā)煙硫酸，其操作環(huán)境惡劣，污染極大；要么采用過氧化物、或臭氧，或高壓體系中利用氧氣，但選擇性差，收率極低。同時(shí)避免過程中有氟化氫等鹵化氫腐蝕性極強(qiáng)的副產(chǎn)物存在，對(duì)金屬和搪玻璃材料都會(huì)有極大的腐蝕性，因而降低對(duì)生產(chǎn)反應(yīng)設(shè)備的要求，可以在普通的搪玻璃反應(yīng)裝置中進(jìn)行。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例中使用的原料，如無特別說明，均為市購。
實(shí)施例1：
由二氟二溴甲烷制備二氟溴乙腈
將90克氰化亞銅粉末加入到500毫升1:1(體積比)N,N-二甲基甲酰胺(DMF)/乙二醇二甲醚(DME)混合溶劑中，并加入1克催化劑二苯并-18-冠-6，慢慢滴加摩爾計(jì)量的二氟二溴甲烷溶于DMF/DME(體積比1:1)中的混合溶液，在溫度20℃條件下反應(yīng)半小時(shí)后開始監(jiān)測，用GC(色譜柱：PEG-20M)監(jiān)測直到轉(zhuǎn)化率為80％為止。
慢慢升溫至50℃，使二氟溴乙腈蒸出，再通過低于0℃冷井，低溫收集二氟溴乙腈。
核磁共振碳譜：13CNMR：σC115.5ppm，σC 98.6ppm。
實(shí)施例2：
將90克氰化亞銅粉末加入到500毫升1:2(體積比)N,N-二甲基甲酰胺(DMF)/乙二醇二甲醚(DME)混合溶劑中，并加入2克催化劑二苯并-18-冠-6，慢慢滴加計(jì)量的二氟二溴甲烷溶于DMF/DME(體積比1:2)的混合溶液，在20℃條件下反應(yīng)半小時(shí)后，用GC(色譜柱：PEG-20M)檢測轉(zhuǎn)化率為85％時(shí)停止反應(yīng)。慢慢升溫50℃，使二氟溴乙腈蒸出，再通過低于0℃冷井，低溫收集二氟溴乙腈。
核磁共振碳譜：13CNMR：σC 115.5ppm，σC 98.4ppm。
實(shí)施例3：
將90克氰化亞銅粉末加入到500毫升1:3(體積比)N,N-二甲基甲酰胺(DMF)/乙二醇二甲醚(DME)混合溶劑中，并加入3克催化劑二苯并-18-冠-6，慢慢滴加計(jì)量的二氟二溴甲烷DMF/DME混合溶液，在20℃條件下以下反應(yīng)半小時(shí)后，用GC(色譜柱：PEG-20M)測定轉(zhuǎn)化率為90％時(shí)為止。慢慢升溫50℃，使二氟溴乙腈蒸出，再通過低于0℃冷井低溫收集二氟溴乙腈。
核磁共振碳譜：13CNMR：σC 115.4ppm,σC 98.6ppm。
實(shí)施例4
將90克(1mol)氰化亞銅粉末加入到500毫升1:4(體積比)N,N-二甲基甲酰胺(DMF)/乙二醇二甲醚(DME)混合溶劑中，并加入1～5克催化劑二苯并-18-冠-6，慢慢滴加計(jì)量的二氟二溴甲烷溶于DMF/DME(體積比1:4)的混合溶液，在20℃條件下反應(yīng)半小時(shí)后，用GC(色譜柱：PEG-20M)監(jiān)測至轉(zhuǎn)化率為91％。慢慢升溫50℃，使二氟溴乙腈蒸出，再通過低于0℃冷井低溫收集二氟溴乙腈，
核磁共振碳譜：13CNMR：σC 115.6ppm,σC 98.5ppm。
實(shí)施例5
由二氟溴乙腈制備二氟溴乙酸乙酯
將78克(0.5mol)二氟溴乙腈溶解于400毫升95％(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)乙醇溶液中，加入10毫升50％(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)硫酸溶液，加熱到30℃，保溫?cái)嚢?0小時(shí)，慢慢加熱回流5小時(shí)，通過精餾，用GC(毛細(xì)色譜柱：PEG-20M)，檢測收集合適組分，得到60.5克二氟溴乙酸乙酯，產(chǎn)物的純度為99.0％。
核磁共振氫譜1HNMR：σH 4.46ppm(2H),σH 1.51ppm(3H)。
實(shí)施例6
將78.0克(0.5mol)二氟溴乙腈溶解于400毫升95％乙醇溶液中，加入10毫升50％硫酸溶液，加熱到20℃，保溫?cái)嚢?5小時(shí)，慢慢加熱回流5小時(shí)，通過精餾，用GC(毛細(xì)色譜柱：PEG-20M)，檢測收集合適組分，得到72.5克二氟溴乙酸乙酯，產(chǎn)物的純度為99.1％。
核磁共振氫譜1HNMR：σH 4.46ppm(2H),σH 1.50ppm(3H)。
實(shí)施例7
將78克(0.5mol)二氟溴乙腈溶解于400毫升95％乙醇溶液中，加入10毫升50％硫酸溶液，加熱到20℃，保溫?cái)嚢?5小時(shí)，慢慢加熱回流7小時(shí)，通過精餾，用GC(毛細(xì)色譜柱：PEG-20M)，檢測收集合適組分，得到80.5克二氟溴乙酸乙酯，產(chǎn)物的純度為99.2％。
核磁共振氫譜1HNMR：σH 4.47ppm(2H),σH 1.52ppm(3H)。
實(shí)施例8
將78克(0.5mol)二氟溴乙腈溶解400毫升95％乙醇溶液中，加入20毫升50％硫酸溶液，加熱到10℃，保溫?cái)嚢?5小時(shí)，慢慢加熱回流7小時(shí)，通過精餾，用GC(毛細(xì)色譜柱：PEG-20M)，檢測收集合適組分，得到92.5克二氟溴乙酸乙酯產(chǎn)物的純度為99.3％。
核磁共振氫譜1HNMR：σH 4.45ppm(2H),σH 1.51ppm(3H)。
盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，從本專利公開內(nèi)容及常識(shí)直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的一些變形，或現(xiàn)有技術(shù)的替代，以及特征的等效變化或修飾，都能實(shí)現(xiàn)本專利描述的功能和效果，均屬本專利保護(hù)范圍。